地质环境中铁路隧道施工技术的研究

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摘要:随着社会经济与科技的发展,我国现代交通输业得到较大的发展,公路铁路等建设项目不断增多。现代铁路隧道的建设中,复杂地质环境成为影响施工的关键因素之一,系统分析复杂地质环境下的铁路隧道施工技术,具有强烈的现实意义。文章以铁路隧道工程为研究对象,通过复杂地质条件下的具体施工技术,对隧道复杂地质环境下铁路隧道施工技术进行研究分析说明。

关键词:复杂地质;铁路隧道;施工技术;分析

在铁路建设中,隧道工程是施工中必须面临的问题,通过铁路隧道的建设,可以有效缩短施工路线,优化铁路线路,提高铁路线路标准。针对复杂地质条件下隧道施工,地质环境预测和对不良地质处置施工技术是两大重要因素,通过复杂地质环境下隧道围岩的预测和不良地质的处置分析研究,采用综合围岩探测,形成有效处置措施,确保隧道不良地质段施工安全,同时提高铁路的建设质量。

1复杂地质环境对隧道施工的影响

我国南北跨度大,地质条件复杂,多种地形、地貌共存,而复杂的地质环境往往会对铁路施工工程带来较大的困难,不仅会增加施工难度,还会增加施工成本,为了缩短施工路线,提高线路标准,铁路工程存在很多隧道施工。同时我国经济发展迅速,交通运输业发展较快,现代铁路网基本成熟,在这种情况下要求建设四通八达、纵横交错的铁路网。但铁路隧道一般建立在高山、河谷附近,地质条件复杂,导致隧道施工难度不断增加[1]。铁路隧道施工中,经常出现多种地质问题,如喀斯卡特地质隧道施工中,出现岩溶、突泥涌水问题,活动断裂层区域隧道施工出现高地温灾害、断层破碎带等情况,还有国内的很多隧道建设中,出现偏压、岩爆、瓦斯爆炸等地质原因导致的施工问题,如不能有效处理这些地质问题,很容易造成不同程度地人员伤亡、机械设备损坏以及人力资源浪费,另外,也会带来较大的社会经济损失,由此可见在铁路隧道中,复杂地质环境会对施工建设带来高难度性,要想解决隧道施工中的问题,就要对复杂地质环境进行分析,提高施工技术水平。

2复杂地质环境下的铁路隧道施工技术

复杂的地质环境会对隧道施工质量产生直接影响,因此,做好地质勘测工作极为必要。一般情况下,铁路隧道的地质勘测由设计单位专业人员负责,主要从以下几方面开展地质勘测工作:首先,根据中国地貌图对当地的施工地质进行预测,并着重分析可能出现的相关地质灾害或意外事故,事先准备测量仪器,制定简略方案,对当地隧道建设的实际情况进行可行性分析;其次根据区域地形地貌进行地质探孔布置并打设地质探孔,通过直观的地质探孔芯样进行判断隧道线形范围内地质状况;最后根据综合分析,先确定隧道施工范围内的破碎带、岩溶、涌水量、软弱围岩等不良地质范围,确定隧道涌水量,而后综合确定隧道里程范围内的围岩级别,形成设计地质资料[2]。

3超前地质预报

3.1超前地质预报的目的

主要是为了探明地质问题,为隧道施工或者施工设计变更提供参考数据;降低地质灾害发生率,提高施工安全性;为编制竣工文件提供地质资料。

3.2超前地质预报工作内容

主要预报断层界面和的基本情况、山体岩溶的发育情况、地质灾害的发展详情以及含税构造层的情况,具体包括位置、规模以及性质。

3.3超前地质预报方案

在超前地质预报方案的设计上,综合应用长短结合、上下对照、定性与定量相结合方法,依据多方法、多频次相互印证的原则,以此来提高预报方案的精确度。在方案设计上,要考虑隧道施工当地的地层岩性和水文地质,并给分析隧道设计方案的可行性,完善预报方案。超前地质预报方案的设计要坚持因地制宜的原则,随时根据异常段落进行动态调整。以地质调查法为基础,以宏观预报指导微观预报,长距离预报指导中短距离预报。针对隧道内部可穿越型的溶岩地层段,依据当地地质条件以及施工方案进行合理处理。

4施工技术

在铁路隧道施工中,还要重视施工技术的应用,要根据不同的地质环境或地质要求,选择合适的隧道施工技术,做到因地制宜,提高隧道施工的质量与工作效率,减少地质灾害的发生,提高隧道施工的经济效益。不同地质条件下的隧道施工都有不同的注意事项,综合来看,隧道施工技术主要表现以以下几方面。

4.1预加固处理技术

加固处理技术包括洞内加固和洞外加固,两种加固技术的要求以及具体施工都存在较大的不同。预加固处理一般采用注浆进行加固,在实际施工中,要确定合适的加固处理方案。在隧道挖掘中,可以实施地表注浆加固暗挖方案,可以对地质较软或者是上体破坏严重的隧道地表进行注浆固结,而后进行隧道暗挖,这种预加固化处理方式可以提高隧道外围的自身承载力,改善岩体的物理性质,提高开挖的安全性,并且也可以防止地表水渗透到软围岩中,提高施工的安全性。注浆加固处理包括钢管桩注浆以及帷幕注浆等注浆方式,每一种注浆的时间、注浆顺序等都存在差异,在注浆过程中要关注注浆要点,及时做好注浆准备工作。注浆需要设计注浆孔,注浆操作的过程中要严格按照操作工艺要求进行注浆,确保各种物质(水泥∶水玻璃∶水∶缓凝剂=1∶1∶2∶0.02)的比例正常,提高注浆质量,缩短注浆时间。

4.2超前支护技术

超前支护技术主要是发挥超前注浆导管以及悬臂支护能力,通过控制小导管来进行支护准备工作,完成支护防加固的要求,并且在隧道拱形开挖过程中,超前支护技术以外廓衬砌,减少对后续施工的影响;超前支护包含超前小管棚、超前大管棚,施工中应控制管棚的外插角,注浆量,确保超前支护效果。

5应用实例

以青藏铁路西格二线关角隧道为应用实例,该隧道全长32.645km,位居我国已运营铁路隧道的第一位。设计为单线双洞,线间距40m,采用钻爆法施工,共有10座辅助施工斜井。隧道地处青藏高原东北缘,洞(井)口海拔在3400～3800m之间,自然环境极为恶劣,高寒、干旱、缺氧、常冬无夏,极端最低气温-36℃。关角隧道地层包含有沉积岩、岩浆岩、变质岩三种,各岩层之间的构造比较复杂,出现不同的断层共计17条,特别是二郎洞断裂带(F3)为区域性深大断裂,长达2355m,施工难度大,存在软弱围岩大变形、突水涌水、围岩失稳等风险。隧道主要不良地质有洞口浅埋和基底细砂土,断层及其破碎带、岩溶、突涌水、高地应力等。关角隧道施工中通过综合地质预报,查明隧道地质情况,不良地质段施工采用注浆和超前加固等措施,圆满完成了施工任务。

6结语

为了实现我国经济的快速发展,满足现代运输业的发展需求,要重视现代铁路隧道的建设。在复杂地质条件下进行的隧道施工工程,要根据地质要求选择合适的施工技术,相关人员要严格按照隧道施工要求灵活运用施工技术,从多方面、多层次地分析复杂地质因素,以此来提高隧道施工的质量和施工安全性,实现完善我国的交通网结构的发展目标。

参考文献

[1]杨开艮.复杂地质环境下的铁路隧道施工技术分析[J].四川水泥,2016(4):57.

[2]杨功.铁路隧道施工中常见问题及解决对策探讨[J].科技创新与应用,2014(11):161.

作者:康宁 单位:中铁航空港集团第二工程有限公司